地源热泵技术应用问题研究 附地源热泵技术及其在暖通工程中的应用.docx

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1、地源热泵技术应用问题研究摘要：地源热泵是热泵的一种，是以大地或水为冷热源对建筑物进行冬暖夏 凉的空调技术，地源热泵只是在大地和室内之间“转移”能量。利用极小的电力来 维持室内所需要的温度。地源热泵系统以其优越的节能效益、显著的环保和经济 效益、运行可靠稳定等优点，被称为可持续发展的建筑节能新技术。关键词：地源热泵；传统空调；建筑节能1地源热泵技术概述地源热泵技术是一种领先的空调技术，它是以地下水、地表水或土壤中浅层 地热能作为冬夏季节的冷热源，能够有效地利用能源。通俗地说是一种通过浅层 土壤或地下水进行热交换的无污染、高效节能的，既可以供暖又可以制冷，并能 提供生活用水的空气调节系统。通常地源

2、热泵消耗IkW的能量，用户可以得到 4kW以上的热量或冷量。它不向外界排放任何废水、废气和废渣，是一种理想 的绿色技术。由于它以020（）m的浅层岩土体作低温热源，故称之为地源热泵。 地源热泵系统按照室外换热方式的不同可分为：地下水地源热泵系统、地表水地 源热泵系统和土壤源地源热泵系统。其中，土壤源地源热泵系统又称地埋管地源 热泵系统或士.壤耦合热泵空调系统。20世纪80年代末期，土壤源地源热泵空调 系统在我国起步，20世纪90年代成为我国热泵研究的热门课题。进入21世纪后，该系统的研究工作和工作实践发展十分迅速。至今工程的 规模越来越大，全国不同地区的工程数量也越来越多。地源热泵系统利用浅层

3、地 热具有温度较为稳定的特性，可以分别在冬夏季节提供较高的蒸发温度和较低的 冷凝温度，使得系统的制热、制冷系数高于空气源热泵系统。地源热泵系统通过 中间传热介质（水或以水为主要成分的冷冻液）在封闭地下埋管中流动，实现系 统与大地之间的传热。该系统一般由三个环路组成。室外环路：在地下，由高 强度塑料管组成的封闭环路，其中间传热介质为水或防冻液。冬季它从周围土壤 （地层）吸收热量，夏季向土壤释放热量。制冷剂环路：即热泵机组内部的制 冷循环环路，制冷剂环路是通过消耗一定的电能驱动热泵机组内压缩机做功，完 成机组内的制冷剂循环。室内环路：室内环路是将热泵机组的制热（冷）量输 送到建筑物，并分配给每一个

4、房间或区域，传递热量的介质有空气、水或制冷剂 等，而相应的热泵机组分别为水/空气热泵机组、水/水热泵机组或热泵式水冷多 联机。、在夏季，建筑物内温度高，需要将建筑物内的热量释放到土壤中，其中还包 括循环泵、压缩机和风机消耗的电能。在制冷循环中，热泵机组内蒸发器侧与室 内空调末端系统连接，冷凝器侧与室外换热系统连接。在空气环路中，进入蒸发 器内温度较高的室外新风或空调回风温度，经过低温低压制冷剂的冷却，温度降 低，通过空调末端系统分配到建筑物内，从而达到室内温度降低或恒定。此时， 蒸发器是空气-制冷剂换热器。在冬季，建筑物内温度低，需要将土壤中的能量传递到建筑内，其中也包括 压缩机、循环泵和风机

5、消耗的电能。此时，蒸发器与室外地能换热系统连接，是 水-制冷剂换热器；冷凝器与室内空调末端系统连接，是制冷剂一室内传热介质 的换热器。在室外地能换热系统中，水一制冷剂换热器循环管道吸取土壤中的热 量加热从循环管道回来的液体，温度升高的液体再通过循环管道使得水-制冷剂 换热器中的制冷剂蒸发，吸收从土壤中获得的热量。在制冷剂环路中，被蒸发的 制冷剂进入压缩机中，被压缩为高温高压的蒸气，进入空气-制冷剂换热器，高 温高压的制冷剂被室内空气或室外新风吸收热量（土壤中吸收的热量和压缩机消 耗的电能）后，变为低温高压的液态，经过节流装置，变为低温低压的液态制冷 剂，然后这些制冷剂液体重新流入蒸发器（水制冷

6、剂换热器），重复上述变化过 程，完成制冷循环。空气环路中，被压缩的高温高压的制冷剂释放热量，经过冷 凝器（空气-制冷剂换热器）换热给室外新风或者空调回风，温度升高，通过室 内末端系统分配到建筑物，从而使室内温度升高或维持。2地源热泵的发展趋势2.1 地源热泵技术与太阳能利用技术结合目前被认同的称呼是太阳能地源热泵（SGSHP）o在法国，研究人员做了大 量实验，其中之一是在180m2室内采用地源热泵并结合太阳能集热板，结果表 明该设备可以平衡地热负荷，延长太阳能集热板使用寿命，并解决了土壤过热的 问题。研究表明，太阳能地源热泵复合系统与单独地源热泵系统相比有很大的优 势，系统利用太阳能辅热系统，

7、提高机组蒸发温度和热泵COP、节省运行费用， 可以防止地埋管换热器冷水低于零度和冻土现象发生，并且能够向地下土壤蓄 热，有效保护土壤温度场，保证热泵长期运行于较为合适的稳定温度环境当中。2.2 地源热泵技术与蓄冷技术结合蓄冷技术还体现在冰蓄冷技术与热泵系统的结合当中。冰蓄冷技术并不节 能，从某种意义上说反而浪费能源，但冰蓄冷有其不可否认的优势。使用冰蓄冷 可调节峰谷之间的用电量，减小了电网在用电高峰期峰值，缓解电力供需矛盾、 提高能源利用效率。目前可以提供的设计方案主要有：地源热泵与冰蓄冷耦合系 统。该系统主要由地下换热系统、三工况热泵机组工质循环系统、室内供热系统 和冰蓄冷空调系统等子系统构

8、成。在夏季用电低谷的夜间时段，启动热泵机组进 行蓄冰，将冷量储存在蓄冰槽中。白天用电高峰时段进行释冰供冷。根据日间供 冷的需求量选择单独释冰供冷和释冰热泵联合供冷。通过对地下埋管的深度及距 离的取值进行分析计算，实现机组在空调、制冰以及供暖三个工况之间的调节。2.3 地源热泵与余热回收利用技术结合目前可以提供的方案有：烧结余热回收系统废气源热泵技术。根据烧结工序 的特点和余热品位，设计出环冷机余热梯级利用、热电联产的优化用能方案。在 环冷机余热的低温段用废气源热泵来提高烟气温度，从而提高烧结余热的回收利 用量。该设计在企业当中的推广应用不仅降低了工艺能耗、节省企业成本，同时 提供了中低温废气的

9、余热利用方案，为热泵的热源提供了新途径。3结束语地源热泵是一种高效节能且具有环境友好性的暖通空调技术，其研究正在不 断地深入发展。我国正积极地进行此项技术的研究，在政府的支持引导下有计划 地推广应用。地源热泵在我国的发展离不开政策支持以及后续的技术改进支持。 政策上，政府等应当继续增加对初投资的支持，逐步加强对热泵系统应用的节能 补贴等，并完善针对鼓励热泵系统在单位和家庭等场合应用的政策。以供热泵系统在其发展的初期阶段有实力进入广阔的市场。技术上，应当首 先着力研究降低热泵系统初投资的方法，并在继续提高整个系统运行效率的同时 解决土壤取热、排热不均匀和管路的排布等问题。对热泵系统的理论研究应当

10、更 注重对于管路周围温度、能量散失方向的研究与模拟。虽然该技术在应用上仍存 在这些问题需要解决，但随着技术的日益成熟及应用中实践经验的积累，地源热 泵必将充分发挥其节能环保的优势，为解决能源及环境问题发挥重要作用。参考文献：1王勇，袁龙，刘勇.地表水源热泵系统高效应用关键技术研究J.建筑科学.2（）12 （10）雷飞，胡平放，孙启明.地下水源热泵流量经济性分析及地下水有效利用 J.制冷与空调.2012 （03）地源热泵技术及其在暖通工程中的应用摘要：地源热泵技术是一种新兴的暖通技术和方式，对于暖通工程来说有着 重要的意义，通过地源热泵技术在暖通工程中的利用可以大大降低对于能源的消 耗，建立一个

11、良好的暖通系统。暖通技术有着自己的原理和特点，对于其他暖通 方式来说有着独自的优越性，要通过对地源热泵技术的原理和特点进行深刻地认 识，从而掌握地源热泵技术在暖通工程中的应用。关键词：地源热泵；技术；原理；特点；暖通工程；应用；引言随善我国经济水平的提高使得人们对于生活质量的要求越来越高，对于暖通 工程的需求越来越大，地源热泵技术是一种新兴的供暖和空调方式，在国外的暖 通工程中已经得到了广泛的应用，因为它相对于其他供暖和空调方式具有良好的 优越性，得到了人们的青睐。一、地源热泵技术的工作原理冬季，热泵机组从地源（浅层水体或岩土体）中吸收热量，向建筑物供暖； 夏季，热泵机组从室内吸收热量并转移释

12、放到地源中，实现建筑物空调制冷。根 据地热交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地下水地源热泵系统和地表水地 源热泵系统和地埋管地源热泵系统。目前对于地埋管地源热泵技术的应用比较广泛，所以在这里我们主要就以地 埋管地源热泵技术进行技术分析 工地埋管地源热泵系统为闭式系统，通过循环液（水或以水为主要成分的防冻 液）在封闭的地下埋管中流动，实现系统与大地间的传热。结构上有一个由地下 埋管组成的地埋管换热器。地埋管换热器的设置形式主要有水平和竖直两种。竖 直埋管的形式是在地层中钻直径为0.1m0.15m的钻孔，在钻孔中设置1组（2 根）或2组（4根）U形管并用灌浆材料填实。1.1 地埋管地源热泵制冷原

13、理及供冷原理图地源热泵系统在制冷状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进 行汽液转化的循环。通过冷媒/水热交换器内冷媒的蒸发将室内空气循环所携带 的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/水热交换器内冷媒的冷凝, 由循环水路将冷媒中所携带的热量吸收，最终通过室外地能换热系统转移至地下 水或土壤里。在室内热量通过室内采暖空调末端系统、地源热泵机组系统和室外 地能换热系统不断转移至地下的过程中，通过冷媒-空气热交换器（风机盘管）， 以13以下的冷风的形式为房供冷。如图1所示为夏季供冷原理图。1.2 地埋管地源热泵制热原理及供热原理图地源热泵系统在制热状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷

14、媒做功，使其进 行汽-液转化的循环。冷煤在换热器内冷凝放热。由室外地能换热系统吸收地下 水或土壤里的热量，通过地源热泵机组系统内冷媒的蒸发，将水路循环中的热量 吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/水热交换器内冷媒的冷凝，由水 循环将冷媒所携带的热量吸收。在地下的热量不断转移至室内的过程中，以室内 采暖空调末端系统向室内供暖。如图2所示为冬季供热原理图。二、地源热泵技术的特点及地源热泵技术的优越性2.1 地源热泵技术的特点因为地源热泵技术是一种新兴的技术所以地源热泵技术一定有着自己的特 点来满足人们的要求，从而得到人们的广泛应用。2.1.1 地源热泵技术具有节能减排的特点因为地源热泵技术主

15、要是依靠对地下浅层地热资源的利用，所以不需要消耗 大量的能源来维持整个地源热泵空调系统，从而热源热泵技术具有良好的节能的 作用。同时由于没有对其他能源进行利用，也就不会释放一系列的温室气体，不 会对整个环境造成破坏。2.1.2 地源热泵技术具有环保长效的特点因为在地源热泵技术中没有对其他资源进行利用，没有燃烧过程从而整个地 源热泵技术是相当环保的，不会因为废弃物的排放对于环境造成污染。同时地源 热泵技术在全年进行循环利用，当冬季想地下吸取热能的时候，夏天可以向地下 释放能量，从而实现地下温度的平衡，使系统能够长期有效的进行应用。2.2 地源热泵技术相对于其他技术的优越性因为地源热泵技术以上的特

16、点使得地源热泵技术相对于其他技术来说具有 良好的节能减排等优越性，所以在暖通工程中应该得到广泛的应用。2.2.1 地埋管地源热泵技术不会对环境造成影响，是一种环保的技术相对于 用电供暖来说其污染物的排放要减少70%以上，对于空气源热泵技术来说减少 40%以上。由于地埋管热源热泵技术术语自含式系统，所以其运行说泄露的制冷 剂的几率比较小，也不会对环境造成重大的影响。2.2.2 地埋管地源热泵技术是一种经济型技术因为地埋管地源热泵技术不需要燃烧等，从而对于能源的需求比较低，而旦 对于传统的空调系统来说其效率提高了 40%以上，从而能够大大地节约能源和运 行成本。同时地源热泵机组具好的稳定性和可靠性

17、，所以整个系统具有高效性和 经济性。2.2.3 地埋管地源热泵技术是可再生能源利用技术因为地埋管地源热泵技术利用的是地热资源，而所谓的地热资源也就是利用 地能，是对太阳能的一种转变利用，能够吸收47%的太阳能量，太阳能是一种取 之不尽用之不竭的可再生能源，所以地埋管地源热泵技术是一个可再生能源的利 用技术。三、地源热泵系统在暖通工程实践中的应用1、钻孔施工（1）钻孔前应勘测现场，做好和其他专业（如土建、给排水、消防、电缆等） 的交叉与衔接。根据施工钻孔平面图的孔数、行距和面积，进一步核实现场的施 工面积以满足打孔要求；（2）核实无误后，按施工平面图检查定位放线，排水、泥浆倒运工序，合 理安排土

18、方、泥浆池、安全通道及堆土场的位置，保持通道畅通无阻；（3）钻孔就位，要保证钻机钻杆垂直度，防止垂直偏差将已埋管道损坏。 钻井机械定位保证水平度偏差W1 %;保证垂直偏差W0.5% ；（4）在钻孔的两孔之间挖l400mmx700mmx500mm泥浆池，位置在地埋管 挖沟方向两孔之间，用作钻井机在施工中水循环载体，不至于流到其他地方，保 证施工现场的整洁；（5）根据在其他工程的施工经验，可采用正循环回转钻井；（6）钻孔过程中安排质量检查员。随时检查钻孔的位置，确保钻孔位置的正确性，并做好检查记录工作，如发现偏差超过标准要求，应及时纠正重新进行定位；（7）钻孔完成后，检查钻孔深度和钻孔的质量并做好

19、隐蔽工程记录报建设 单位（监理）验收；（8）钻孔过程中产生的土方和土方开挖的土壤应集中堆放，并用彩条布覆 盖；（9）在钻孔过程中为避免钻孔塌方，在钻孔过程中灌入泥浆对钻孔的井壁 进行泥浆凝固护壁，防止塌孔。2、现场预组装施工（1）地理U型管分单U和双U,施工时按图纸设计是单U还是双U。宜在现 场预组装,管材预组装前应水平堆放在平整的地面匕不应局部受压使管材变形， 堆放高度不宜超过2m；管件贮存应成箱存放在货架上或码堆在平整平面上，地 面上码堆高度不宜超过2mo HDPE管运至工地采用彩条布覆盖，严禁长时间太 阳下暴哂；（2） HDPE管连接时应注意热熔管头清洁，管材切割时当管径Wde50时，采

20、 用旋转切刀；当管径de50时，采用手工木工锯；（3） HDPE管在地面连接完成，试压、合格后方可埋管；井回填后再次试 压、合格后方可连接水平干管；水平总管连接完试压、合格后方可回填土。总管 连接完后进行系统试压；（4） HDPE管道的连接可采用热熔连接（热熔承插连接、热熔对焊连接），与 金属管道连接应采用法兰连接；（5）热熔对接：管材外径063mm的HDPE管均可采用热熔对接方式连接, 该方法经济可靠，其接头在承拉和承压时都比管材本身具有更高强度。热熔连接 温度：200-210o使用该方法时，设备仅需热熔对接机，步骤如下：把待连 接管材置于焊机夹具上并夹紧；清洁管材连接端并铳削连接面；校直两

21、对接 件，使其端面错位量不大于管道壁厚的10%;放入加热板加热；加热完毕， 取出加热板；迅速接合两加热面，升压至熔接压力。并保压冷却1。（6） HDPE管连接的注意事项：管道连接前应对管材、管件及附属设备、 阀门、仪表按设计要求进行核对，并在施工现场进行外观检查，符合要求方准使 用。连接时应使用同一生产厂家的管材和管件，如确需将不同厂家（品牌）的管材、 管件连接则应经试验证明其可靠后方准使用。每次连接完成后，应进行外观质量 检验，不符合要求的必须返工；施工人员应进行上岗培训；每次施工后，管 应临时封堵；当室外温度0时，塑料地埋管物理力学性能将有所降低，容 易造成地埋管的损害，故当室外环境温度0

22、时，尽量避免地埋管热换器的施工， 若赶工期，施工时应采用保护措施或调整施工工艺参数。3、下管施工钻孔完成后应立即下管，下管前应对U型管进行试压、冲洗。停留时间越 长，孔内的积压现象越严重，管子也就越难放。采用预制碎导头下井施工法。预 制导头直径略小于钻孔直径，大于4根HDPE循环管所占位置的直径（预制导头 制作后应进行试压试验）。依靠导头的重量和HDPE管内水的重量下井，这样既 保证下管的速度又可保证HDPE管能有效地到达地源井底，同时，还能保护HDPE 管材在下井过程中免受井壁尖石的刮伤、损坏。一般采用人工下管，下管时必须 多人合作，提起管子时不得在地上拖拉，不应形成不自然的弯曲，更不允许产

23、生 角度。为避免热桥损失，U型管管间距应严格按设计要求，下管时尽量保持同心 度并且管与管不要接触太紧，施工时每隔24m设置固定支卡将U型管分开， 以确保垂直地源换热管的相对位置不变，垂直换热管不会贴在一起。HDPE管下 井完成后，须将U型管两个端口密封。结束语地源热泵作为一种环保节能的空调方式，目前正在我国迅速发展。作为一个 新兴的技术领域，它的成功应用还有待进一步得到验证。作为施工和管理人员都 应该积极参与到推广这项绿色节能环保的新技术中，不断总结经验。相信不久的 将来，地源热泵在我国一定有广阔的市场。参考文献1J陆耀庆：实用供暖空调设计手册，中国建筑工业出版社。范海涛.浅谈地源热泵技术及其在暖通工程中的应用J.中国房地产业， 2011.3王海青.浅谈暖通工程中的地源热泵技术J.城市建设理论研究（电子版）, 2011.